聚乙二醇模拟干旱对甜高粱幼苗生长及抗旱性的影响

聚乙二醇模拟干旱对甜高粱幼苗生长及抗旱性的影响

冯晓东，王悦，王晓洁，王思思，邓倩，惠小红

(延安大学生命科学学院，陕西延安716000)

摘要：研究了不同浓度聚乙二醇(PEG2000)溶液处理对甜高粱幼苗苗高、鲜重、叶长、脯氨酸以及丙二醛含量的影响。结果表明：不同浓度PEG2000胁迫下，随着PEG2000浓度的升高，甜高粱幼苗的鲜重、苗高和叶长均减小，浓度在20%以下，降低不明显，当浓度达到30%时，显著降低；而丙二醛和脯氨酸含量随着PEG2000浓度的升高均上升，浓度在20%以下，降低不明显，当浓度达到30%时，升高显著。表明甜高粱幼苗在20%PEG2000处理下具有较强的耐旱性，当浓度达到30%时，甜高粱幼苗抗旱性降低，生长受到抑制。

关键词：甜高粱幼苗；聚乙二醇(PEG2000)；丙二醛；脯氨酸

中图分类号：Q943.1

文献标识码：A

文章编号：1004-602X(2015)01-0033-04

收稿日期：2014-12-22

基金项目：2013年省级大学生创新创业训练计划创新训练项目(项目编号：1247)

作者简介：冯晓东(1968—)男，山西河津人，延安大学副教授。

Abstract：Study on the change of height, fresh weight, leaf length,proline and MDA content of the sweet sorghum seedling at the different concentration of polyethylene glycol (PEG2000).The results show that:with the increasing of the concentration of PEG2000,the fresh weight,seedling height and leaf length of sweet sorghum seedling decreased. Under 20% PEG2000,no significant decrease and reduce significantly when 30% PEG2000.With the increasing of the concentration of PEG2000,the content of MDA and proline were increased.PEG2000 Concentration below 20%,no significant increase and increase significantly when 30% PEG2000.The sweet sorghum seedlings have stronger drought resistance under 20% PEG2000,when the concentration is 30%,the drought resistance of sweet sorghum seedling reduce and the growth restrain.

甜高粱(Sorghumbicolor(L.)Moench)是一种抗旱性较强的植物，具有耐盐碱、耐贫瘠、耐涝耐高温等优良特性，因此它在土壤恶劣的条件下适应能力较强，生长速度也非常快，产量高。甜高粱种子和茎秆含有较高的糖分，可为人类提供食物，并为人类开发生物能源提供丰富更为廉价的可再生能源，有造酒、制糖、造纸等用途而被重视，因而成为全球重要的能源植物之一。在全球能源及其危机的情况下，开发一种清洁的、可再生的能源对于解决能源危机具有非常重要的意义。甜高粱分布在我国东北、华北、西北和黄河流域，具有生物产量高、含糖高、耐盐碱、耐涝、抗旱等优良特征，所以甜高粱成为我国主要的栽培作物之一[1]。由于近年气候变化，土壤逐渐干旱化和沙漠化以成为影响植物生长的一个重要因素[2-4]。据统计，全世界干旱土约10亿hm2，约占陆地总面积的10%，我国约有干旱土2700万hm2。对于我国是一个粮食需求大国来说，将干旱地区土壤充分利用起来是非常必要的。

陕北地处于黄土高原中间，气候干燥，土壤偏干性。因此，研究甜高粱的抗干旱性对有效利用陕北干旱化土地和发展生物质能源具有重要意义。植物的耐旱性机理比较复杂，存在于植物的整个生长发育过程中[5]。并且植物的耐旱性通常在幼苗期建立起来，如果幼苗能够在干旱胁迫下生长，那么植物后期在干旱的环境下也能够正常的生长发育[6-7]。利用不同浓度PEG2000溶液处理，通过幼苗期生理生化指标检测，确定甜高粱抗旱育种生理指标，为抗干旱甜高粱品种的选育提供参考依据。

1实验材料与方法

1.1　材料

大力士甜高粱(Sorghumbicolor(L.)Moench.cv.

Ddlishi)。

1.2　方法

1.2.1　培养与处理

将萌发的甜高粱种子播种于预先浸透水的石英砂中，播种深度为1 cm左右，放置生化培养箱中黑暗培养，温度为25℃，相对湿度为70%左右，待幼苗苗高约为3 cm左右时，移至光照培养箱中培养，温度和湿度保持不变，待幼苗苗高约为7 cm左右时，先用氯化钠和盐酸缓苗3 d，再用四分之一的营养液培养5 d，之后分别在浓度为0%、10%、20%、30%PEG2000溶液中培养，每组三个重复。培养15 d后进行各项形态指标及生理生化指标的测定。

1.3　测量方法

1.3.1甜高粱幼苗单株鲜重、苗高、叶长的测定

在PEG2000胁迫处理16 d后，从培养盆中取出完整植株，将根部小石英石轻轻漂去，用蒸馏水快速漂洗根部，用滤纸吸干植株表面水分。称量鲜重，测量苗高及叶长。

1.3.2脯氨酸含量的测定[8]

1.3.3丙二醛(MDA)含量的测定[8]

1.4　数据处理

数据采用Excel和SPSSl6.0软件进行数据分析和统计分析。

2结果与分析

2.1　不同浓度PEG2000对甜高粱幼苗鲜重的影响

如图1、2所示：在干旱胁迫条件下，甜高粱幼苗地上部分和根的鲜重都有所下降。而且随着处理PEG2000浓度的增加，甜高粱幼苗鲜重的下降幅度也随之增加。30%浓度PEG2000溶液处理后下降最明显。经方差分析，与对照相比，30%PEG2000溶液处理后幼苗鲜重降低显著(P<0.05)。

图1　干旱胁迫下甜高粱幼苗地上鲜重变化

图2　干旱迫下甜高粱幼苗根鲜重变化

2.2不同浓度PEG2000对甜高粱幼苗苗高的影响

如图3所示：在干旱胁迫条件下，随着处理PEG2000浓度的增加，甜高粱幼苗的苗高依次降低，甜高粱幼苗苗高的下降幅度也随之增加。经方差分析，与对照相比，30%PEG2000溶液处理后甜高粱幼苗苗高降低显著(P<0.05)。

图3　干旱胁迫下甜高粱幼苗苗高变化

2.3不同浓度PEG2000对甜高粱幼苗叶长的影响

如图4所示：由图可见，在干旱胁迫条件下，甜高粱幼苗的叶长均有所下降，随着处理浓度的增加，甜高粱幼苗叶长的下降幅度也随之增加。经方差分析，对照的幼苗叶长与30%PEG2000溶液处理后甜高粱幼苗叶长达到了显著水平(P<0.05)。

图4　干旱胁迫下甜高粱幼苗叶长变化

2.4不同浓度PEG2000对甜高粱幼苗叶片丙二醛(MDA)的影响

如图5所示：在本试验中，随着PEG2000浓度的增加，甜高粱幼苗叶片中丙二醛的含量有所上升。经方差分析，对照叶片MDA含量与30%PEG2000溶液处，后的差异达到显著水平(P<0.05)。

图5　干旱胁迫下甜高粱幼苗丙二醛含量变化

2.5不同浓度PEG2000对甜高粱幼苗叶片脯氨酸的影响

如图6所示：在本试验中，随着PEG2000浓度的增加，甜高粱幼苗叶片中脯氨酸含量有所上升。经方差分析，对照叶片脯氨酸含量与30%PDE2000溶液处理后的差异达到显著水平(P<0.05)。

图6　干旱胁迫下甜高粱幼苗脯氨酸含量变化

3讨论和结论

由于干旱的胁迫，甜高粱的形态结构和生理功能都会发生一定的改变，因此人们通过研究甜高粱的形态结构和生理功能来判断它在逆境下的抵抗能力[9-10]。研究结果表明，干旱胁迫条件下甜高粱幼苗鲜重、苗高、叶长均有较大幅度的下降。经过方差分析，对照的鲜重、苗高、叶长和30%PEG2000溶液处理后鲜重、苗高、叶长的差异均达到显著水平，随着PEG2000浓度增大，甜高粱幼苗生长受到的抑制越明显，特别是30%PEG2000处理后，甜高粱幼苗生长受到明显影响，植株变矮、叶片干枯还有严重的倒伏。

在干旱胁迫下，植物体内部结构首先发生改变，其细胞质膜受到胁迫而胁变，导致质膜受伤，丙二醛是质膜过氧化的主要产物之一，所以丙二醛可以作为细胞膜质过氧化程度的体现，如果丙二醛含量高，说明植物细胞膜质过氧化程度高，表明细胞膜受到的伤害严重。研究表明，植物在盐碱，高温等极端条件下，植物体内丙二醛含量较高，即植物在逆境条件下会发生质膜过氧化[11]。因此丙二醛含量的高低是反映细胞膜脂过氧化作用强弱和质膜损伤程度大小的重要指标[12-13]。在PEG2000胁迫条件下，甜高粱幼苗叶片中丙二醛含量上升幅度越小，说明该品种(系)幼苗叶片的细胞质膜因膜脂过氧化作用而受到的损伤越小，此品种的甜高粱耐干旱越强。本试验结果表明：在干旱胁迫条件下，与对照组相比，甜高粱幼苗叶片丙二醛含量在30%PEG2000浓度条件下上升幅度最大，10%PEG2000浓度条件下上升幅度最小。

脯氨酸是植物在逆境下的最为有效的渗透调节物质，其作用有稳定生物大分子结构、有利于维持水分、降低细胞酸性、防止植物脱水、降低渗透压、解除毒氨、提供代谢能源及合成蛋白质的碳源和氮源[14]。在逆境条件下(旱、盐碱、热、冷、冻)，植物体内脯氨酸的含量会大量积累，脯氨酸作为一种渗透调节物质，它在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗旱性强的植物往往积累较多的脯氨酸。因而植物受到干旱胁迫时，脯氨酸的含量会明显增加，脯氨酸含量的增加有利于防止植物脱水，维持细胞水分，降低细胞酸化，提供代谢能源及蛋白质合成的原料[15-17]。结果表明，与对照组相比，甜高粱幼苗叶片脯氨酸含量在30%PEG2000浓度条件下达到最高。

在不同浓度的PEG2000胁迫条件下，甜高粱幼苗的鲜重、苗高、叶长、丙二醛含量和脯氨酸含量这5项生态生理指标呈现出以下规律：甜高粱幼苗的鲜重、苗高、叶长都有所下降；丙二醛含量、脯氨酸含量均有所上升，浓度均在20%以下差异不明显，浓度达到30%时，有显著差异，且甜高粱幼苗生长矮小，出现干枯及倒伏的现象。因此，适宜甜高粱幼苗生长的PEG2000浓度在10%到20%之间。

参考文献：

[1]郭平银，齐士军，徐宪斌，等.能源植物甜高粱的研究利用现状及展望[J].山东农业科学，2007(3)：125-18.

[2]刘颍慧，高琼，贾海坤.半干旱地区3种植物叶片水平的抗旱耐旱特性分析—两个气孔导度模型的应用和比较[J].植物生态学报，2006，30(1)：64-70.

[3]王艳秋，朱翠云，卢峰，等.甜高粱的用途及其发展前景[J].杂粮作物，2004，24(1)：55-56.

[4]姚觉，于晓英，邱收，等.植物抗旱机理研究进展[J].华北农学报，2007，4(3)：51-56.

[5]赵雅静，翁伯琦，王义祥，等.植物对干旱胁迫的生理生态响应及其研究进展[J].建稻麦科技，2009，27(2)：45-47.

[6]程量，林良斌，等.作物耐旱性生理生化指标研究进展[J].中国农学通报，2014，30(3)：27-31.

[7]Dionisio-Sese,Maribol L.Satoshi T Antioxidant response of rice seedlings to salinity stress[M].1998(135):161-165.

[8]王学奎.植物生理生化实验原理和技术(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2006：280-281.

[9]韩蕊莲，李丽霞，梁宗锁，等.干旱胁迫下沙棘膜脂过氧化保护体系研究[J].西北林学院学报，2002，17(4)：1-5.

[10]宋海鹏，刘君，李秀玲，等.干旱胁迫5种景天属植物生理指标的影响[J].草叶科学，2010，22(06)：11-14.

[11]董喜存，李岩，李文建，等.聚乙二醇模拟干旱对甜高粱幼苗丙二醛、脯氨酸含量的影响[J].云南农业大学学报，2010，25(4)726-730.

[12]乌兰巴特尔，张力君，张少英，等.植物生理学实验指导[M].2005：167-171.

[13]荣少英，郭蜀光，张彤.干旱胁迫对甜高粱幼苗渗透调节物质的影响[J].河南农业科学，2011，40(4)：56-59.

[14]黎大爵.甜高粱可持续农业生态系统研究[J].中国农业科学2002，(08)：98-102.

[15]李芳红，乔文兰，王瑞贞，等.干旱胁迫下草地早熟禾幼苗几种抗旱性指标的变化[J].延安大学学报(自然科学版)，2007，26(3)：70-72.

[16]汝红，薛艳妮，常海飞，等.干旱胁迫下黑麦草幼苗几种抗旱性指标的变化[J].延安大学学报(自然科学版)，2009，28(4)：86-88.

[17]LEVITT J.Response of Plants to Environmental Stress[M].New York:Academic press, 1980: 300-590.

[责任编辑李晓霞]

Effects of Drought Stress Simulated by PEG on the Growth and

the Drought Tolerance of Sweet Sorghum Seedlings

FENG Xiao-dong,WANG YUE,WANG Xiao-jie,WANG Si-si

DENG QIAN,HUI Xiao-hong

(College of Life Science,Yan'an university,Yan'an,Shaanxi 716000)

Key words：sweet sorghum seedling; polyethylene glycol(PEG2000); malondialdehyde; proline